JP2008016738A - Magnetoresistance effect element, magnetic head, magnetic recording and reproducing device, and magnetic memory - Google Patents

Magnetoresistance effect element, magnetic head, magnetic recording and reproducing device, and magnetic memory Download PDF

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雅弘 高下
Masayuki Takagishi
雅幸 高岸
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    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetoresistance effect element which suppresses spin injection magnetization inversion and can be manufactured in stable yield; and to provide a magnetic head, a magnetic recording and reproducing device, and a magnetic memory that use the same. <P>SOLUTION: A perpendicularly energized magnetoresistance effect element has a magnetoresistance effect film having a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a nonmagnetic intermediate layer; and a longitudinal bias function part for applying a longitudinal bias magnetic field to the magnetization free layer almost in parallel to a film surface of the magnetoresistance effect film, and almost perpendicularly to magnetization of the magnetization fixed layer. In such strucure as described above, the relation 1.2≤MRH/MRT is satisfied for a width MRT of the magnetization free layer in a direction nearly parallel to the longitudinal bias magnetic field, and a width MRH in a direction almost perpendicular to the longitudinal bias magnetic field and nearly parallel to the direction of a signal magnetic field. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、膜面に対して垂直方向に電流を通電する構造の磁気抵抗効果素子、ならびにこれを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生装置、および磁気メモリに関する。   The present invention relates to a magnetoresistive effect element having a structure in which a current is passed in a direction perpendicular to a film surface, and a magnetic head, a magnetic recording / reproducing apparatus, and a magnetic memory using the magnetoresistive effect element.

巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果，Giant Magnetoresistive Effect）を示すＧＭＲ素子を用いたＧＭＲヘッドは、ハードディスクなどの磁気記録再生装置において、情報が記録されている磁気記録媒体の情報を再生する際に広く用いられている。   A GMR head using a GMR element exhibiting a giant magnetoresistive effect (GMR effect) is widely used for reproducing information on a magnetic recording medium on which information is recorded in a magnetic recording / reproducing apparatus such as a hard disk. It has been.

スピンバルブ（Spin Valve）型のＧＭＲ素子は、磁化の方向が実質的に一方に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界（例えば磁気記録媒体の信号磁界であり、通常は磁化固着層の磁化に対して平行または反平行である）に対して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた中間層を有する積層膜となっている。磁化固着層は反強磁性膜などで固着されている。   A spin valve type GMR element has a magnetization pinned layer having a magnetic film in which the magnetization direction is substantially fixed to one side, and the magnetization direction is an external magnetic field (for example, a signal magnetic field of a magnetic recording medium). A magnetization free layer having a magnetic film that changes with respect to the magnetization of the magnetization pinned layer, or an intermediate layer provided between the magnetization free layer and the magnetization pinned layer. It is a laminated film having layers. The magnetization pinned layer is pinned with an antiferromagnetic film or the like.

バルクハウゼンノイズを避けるために、縦バイアス機構（たとえばコバルト白金合金やコバルトクロム白金合金が好ましく用いられる磁区制御膜）を用い、磁気抵抗効果膜の膜面に対して略平行かつ磁化固着層の磁化に対して略垂直に磁化自由層に縦バイアス磁界を加える。これにより、信号磁界がない場合において、磁化固着層の磁化方向と磁化自由層の磁化方向は略垂直となる。   In order to avoid Barkhausen noise, a longitudinal bias mechanism (for example, a magnetic domain control film in which a cobalt platinum alloy or a cobalt chromium platinum alloy is preferably used) is used, and the magnetization of the magnetization pinned layer is substantially parallel to the film surface of the magnetoresistive effect film. A longitudinal bias magnetic field is applied to the magnetization free layer substantially perpendicular to the magnetization free layer. Thus, in the absence of a signal magnetic field, the magnetization direction of the magnetization fixed layer and the magnetization direction of the magnetization free layer are substantially perpendicular.

巨大磁気抵抗効果は，磁化固着層の磁化と磁化自由層の磁化との相対的な角度変化により発現する。   The giant magnetoresistive effect is manifested by a relative angular change between the magnetization of the magnetization pinned layer and the magnetization of the magnetization free layer.

ＣＩＰ（Current In Plane）−ＧＭＲ素子は、この積層膜に対して略面内にセンス電流を通電させて磁気抵抗効果を検出する型の素子である。   A CIP (Current In Plane) -GMR element is a type of element that detects a magnetoresistive effect by causing a sense current to flow substantially in the plane of the laminated film.

最近さらなる記録密度の向上に対応するため、中間層にアルミ酸化物などの絶縁体を用い、積層膜に対して垂直に通電させて磁気抵抗効果を検出するＴＭＲ（Tunnel Magnetoresistive）素子を用いたＴＭＲヘッドの開発が進められている。このTMRヘッドは、磁気抵抗効果が大きいという利点を持つが、絶縁体を用いているため抵抗が大きく、プリアンプのノイズなどが大きくなる、あるいは絶縁体を通電するデバイスにおいて特有に生じるショットノイズが大きいといった問題点を抱えている。   Recently, in order to cope with a further increase in recording density, an insulator such as aluminum oxide is used for the intermediate layer, and a TMR (Tunnel Magnetoresistive) element using a TMR (Tunnel Magnetoresistive) element that detects the magnetoresistive effect by energizing the laminated film vertically Head development is underway. This TMR head has the advantage that the magnetoresistive effect is large, but because of the use of an insulator, the resistance is large and the noise of the preamplifier becomes large, or the shot noise that occurs specifically in devices that energize the insulator is large There are problems such as.

また、積層膜に対して略垂直方向に通電させて磁気抵抗効果を検出するＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）−ＧＭＲ素子は、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子に比較して微小なトラック幅とした場合であっても高出力が得られるため、記録密度の高密度化に対応できるという長所を有する。   A CPP (Current Perpendicular to Plane) -GMR element that detects a magnetoresistive effect by energizing a laminated film in a direction substantially perpendicular to the laminated film has a smaller track width than the CIP-GMR element. However, since the high output can be obtained, it has an advantage that the recording density can be increased.

ＣＩＰ−ＧＭＲ素子においては、積層膜の略面内にセンス電流を通電させるため、記録トラック幅に対応する幅が狭くなるに従い、巨大磁気抵抗効果が発現する部分が小さくなり、これに伴って抵抗変化量ΔＲが小さくなってしまう。一方ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、積層方向にセンス電流を流すため、記録トラック幅が狭くなることに伴う抵抗変化量ΔＲの減少が少なくなる。またＴＭＲ素子と異なり、絶縁体を電子伝導体として用いていないため、素子抵抗が小さくなるという利点がある。   In the CIP-GMR element, a sense current is made to flow substantially in the plane of the laminated film. Therefore, as the width corresponding to the recording track width becomes narrower, the portion where the giant magnetoresistive effect appears is reduced, and the resistance increases accordingly. The change amount ΔR becomes small. On the other hand, the CPP-GMR element causes a sense current to flow in the stacking direction, so that the decrease in resistance change ΔR associated with the narrowing of the recording track width is reduced. Further, unlike the TMR element, since an insulator is not used as an electron conductor, there is an advantage that the element resistance is reduced.

一方、近年の記録密度の高密度化とともに、ＧＭＲ素子のサイズはトラック幅方向・ハイト方向共にますます小さくなってきている。このようなＣＰＰ−ＧＭＲ素子においては、スピン注入磁化反転と呼ばれている現象がおこる。   On the other hand, with the recent increase in recording density, the size of the GMR element is becoming smaller in both the track width direction and the height direction. In such a CPP-GMR element, a phenomenon called spin injection magnetization reversal occurs.

このスピン注入磁化反転という現象が生じることにより、センス電流を磁化自由層から磁化固着層へ通電させた場合には、磁化固着層の磁化の向きと磁化自由層の磁化の向きが実質的に平行に近づくようになる。また、またセンス電流を磁化固着層から磁化自由層へ通電させた場合には、磁化固着層の磁化の向きと磁化自由層の磁化の向きが実質的に反平行に近づくように、磁化自由層における磁化の方向が実質的に変化する。このため、外部磁界に対する磁化自由層の磁化の応答、すなわちＣＰＰ−ＧＭＲ素子が示す抵抗変化量ΔＲがなくなったり、あるいは小さくなったりする。   Due to the phenomenon of spin injection magnetization reversal, when the sense current is passed from the magnetization free layer to the magnetization fixed layer, the magnetization direction of the magnetization fixed layer and the magnetization direction of the magnetization free layer are substantially parallel. Get closer to. In addition, when a sense current is passed from the magnetization fixed layer to the magnetization free layer, the magnetization free layer so that the magnetization direction of the magnetization fixed layer and the magnetization direction of the magnetization free layer are substantially antiparallel. The direction of magnetization at substantially changes. For this reason, the magnetization response of the magnetization free layer with respect to the external magnetic field, that is, the resistance change ΔR indicated by the CPP-GMR element is lost or reduced.

スピン注入磁化反転の現象は、単磁区化しやすくなるためエッジドメインなどの影響が少なくなる、トラック幅やハイト長が１００ｎｍ以下の素子において顕著にあらわれる。近年のハードディスクなど磁気記録装置・磁気再生装置においては、トラック幅・ハイト長が１００ｎｍ程度あるいはそれ以下になってきている。従って、スピン注入磁化反転の現象がおこらないようにＣＰＰ−ＧＭＲ素子を作製することは、さらなる高密度記録のために必須である。   The phenomenon of spin injection magnetization reversal is conspicuous in an element having a track width and height length of 100 nm or less, in which the influence of the edge domain or the like is reduced because it becomes easy to form a single magnetic domain. In recent magnetic recording devices and magnetic reproducing devices such as hard disks, the track width and height length are about 100 nm or less. Therefore, it is essential for further high-density recording to produce a CPP-GMR element so that the phenomenon of spin injection magnetization reversal does not occur.

一方、最近、縦バイアス磁界が加わった場合におけるスピン注入磁化反転が、センス電流の方向とバイアスポイントを適宜選択すると抑制されるということが報告されている。しかしながら、バイアスポイントの制御は難しく、素子ごとに非常にバラツキが多くなり、歩留まりが劣化するという問題が生じていた。したがって、バイアスポイントに依存しないでスピン注入磁化反転を抑制できるような新規な方法を得、設計どおりのバイアスポイントが得ることができ、安定した歩留まりで磁気抵抗効果素子を得ることが望まれていた。   On the other hand, recently, it has been reported that spin injection magnetization reversal when a longitudinal bias magnetic field is applied is suppressed by appropriately selecting the direction of the sense current and the bias point. However, it is difficult to control the bias point, and there is a problem that the variation is very large from element to element and the yield is deteriorated. Accordingly, it has been desired to obtain a novel method capable of suppressing spin injection magnetization reversal without depending on the bias point, to obtain a bias point as designed, and to obtain a magnetoresistive element with a stable yield. .

本発明の目的は、スピン注入磁化反転を抑制し、安定した歩留まりで製造することのできる磁気抵抗効果素子、ならびにこれを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生装置および磁気ランダムアクセスメモリーを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a magnetoresistive effect element that can be manufactured with a stable yield by suppressing spin injection magnetization reversal, and a magnetic head, a magnetic recording / reproducing apparatus, and a magnetic random access memory using the magnetoresistive effect element. is there.

上記目的を達成すべく、本発明の一態様は、
磁化の方向が実質的に一方に固着された磁性体膜を有する磁化固着層、磁気記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する磁性体膜を有する磁化自由層、及び前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた金属的伝導を示す非磁性中間層を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略平行かつ磁化固着層の磁化に対して略垂直に、前記磁化自由層に縦バイアス磁界を加えるための縦バイアス機構部と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極とを具え、
前記磁化自由層の、縦バイアス磁界に略平行な方向の幅をMRT、縦バイアス磁界に略直角かつ前記信号磁界の方向に略平行な方向の幅をMRHとしたときに、
１．２≦MRH/MRT
なる関係式を満足し、
前記磁化固着層から前記磁化自由層の方向に電流を通電して用いるように構成したことを特徴とする、磁気抵抗効果素子に関する。 In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention provides:
Magnetization pinned layer having a magnetic film whose magnetization direction is substantially pinned to one side, magnetization free layer having a magnetic film whose magnetization direction changes in response to a signal magnetic field from the magnetic recording medium, and the magnetization free layer A magnetoresistive film having a nonmagnetic intermediate layer exhibiting metallic conduction provided between a layer and the magnetization pinned layer;
A longitudinal bias mechanism for applying a longitudinal bias magnetic field to the magnetization free layer substantially parallel to the film surface of the magnetoresistive film and substantially perpendicular to the magnetization of the magnetization pinned layer;
A pair of electrodes electrically connected to the magnetoresistive effect film to energize in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive effect film;
When the width of the magnetization free layer in the direction substantially parallel to the longitudinal bias magnetic field is MRT, and the width in the direction substantially perpendicular to the longitudinal bias magnetic field and substantially parallel to the direction of the signal magnetic field is MRH,
1.2 ≦ MRH / MRT
Satisfying the relational expression
The present invention relates to a magnetoresistive effect element configured to use a current flowing in the direction from the magnetization pinned layer to the magnetization free layer.

また、本発明の一態様は、上記磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドに関する。   Another embodiment of the present invention relates to a magnetic head including the magnetoresistive element.

さらに、本発明の一態様は、上記磁気ヘッドと、磁気記録媒体とを具える磁気記録再生装置に関する。   Furthermore, one aspect of the present invention relates to a magnetic recording / reproducing apparatus including the magnetic head and a magnetic recording medium.

また、本発明の一態様は、上記磁気ヘッドを含む磁気メモリに関する。   Another embodiment of the present invention relates to a magnetic memory including the above magnetic head.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、縦バイアス磁界が加わった状態のスピン注入磁化反転は、バイアスポイントに依存して大きく変わるが、MRH/MRTが大きくなると共にスピン注入磁化反転の効果が抑制されることを見出した。特にMRH/MRT≧１．２にすると、スピン注入磁化反転の効果がバイアスポイントにほぼ依存しなくなることを見出した。したがって、本発明の磁気抵抗効果素子によれば、バイアスポイントに依存することなくスピン注入磁化反転の効果が減少する。したがって、歩留まりを改善した磁気抵抗効果素子を提供することができるようになる。   The inventors of the present invention have intensively studied to achieve the above object. As a result, it was found that the spin injection magnetization reversal in the state where the longitudinal bias magnetic field was applied changed greatly depending on the bias point, but the MRH / MRT increased and the effect of the spin injection magnetization reversal was suppressed. In particular, when MRH / MRT ≧ 1.2, it has been found that the effect of spin injection magnetization reversal is almost independent of the bias point. Therefore, according to the magnetoresistive effect element of the present invention, the effect of spin injection magnetization reversal is reduced without depending on the bias point. Therefore, it is possible to provide a magnetoresistive effect element with improved yield.

また、高密度記録のためには上記磁気抵抗効果素子のサイズはMRH及びMRT共に100nm以下になってきているが、このような小さな素子では、素子をつくること自体が大変難しい。特にこのような微小なスケールにおいては、MRHを短くするのは非常に難しい。しかしながら、上述した本発明の磁気抵抗効果素子はMRHをMRTに比較して長く設定することを要求しているので、上述のような微小スケールの磁気抵抗効果素子の製造に関しても、本発明はその製造歩留まりを向上させることができるという追加の効果を有する。   For high density recording, the size of the magnetoresistive element has become 100 nm or less for both MRH and MRT, but it is very difficult to make the element itself with such a small element. Especially in such a small scale, it is very difficult to shorten MRH. However, since the magnetoresistive element of the present invention described above requires that MRH be set longer than MRT, the present invention also relates to the manufacture of a microscale magnetoresistive element as described above. It has the additional effect that the manufacturing yield can be improved.

なお、本発明者らの考察によれば、磁気抵抗効果素子のサイズを小さくすれば、エッジドメインが発生しなくなるためスピン注入磁化反転がおこりやすくなるということも予想される。実際、我々の研究開発によると、縦バイアス磁界のないMRTおよびMRHが100nmを越えるような素子については確かにその予想通りである。しかしながら、MRTおよびMRHが100nmを下回るような素子についても、本発明のような縦バイアス磁界機構を設け、MRH/MRTの比を高く、具体的には１．２以上とすることによりスピン注入磁化反転の効果を抑制することができる。   According to the study by the present inventors, if the size of the magnetoresistive element is reduced, it is expected that the spin domain magnetization reversal easily occurs because the edge domain is not generated. In fact, according to our research and development, devices with MRT and MRH with no longitudinal bias magnetic field exceeding 100 nm are certainly as expected. However, even for elements whose MRT and MRH are less than 100 nm, a longitudinal bias magnetic field mechanism as in the present invention is provided, and the MRH / MRT ratio is set high, specifically 1.2 or more, so that spin injection magnetization is achieved. The effect of inversion can be suppressed.

また、従来においては、MRH/MRTの比は１あるいはそれより小さくするというのが常識であった。磁気記録媒体からの磁界は、磁気抵抗効果素子の、記録媒体対抗面側が最も大きく、対抗面からMRH方向に入るに従って上部シールド層・下部シールド層のため小さくなる。このためMRHはあまり大きくしないのが一般的であった。また、MRH/MRTの比が１より大きいと、MRH方向の反磁界係数がMRT方向のそれより大きくなってしまうために、縦バイアス磁界がかかりにくくなるという問題があった。しかし本発明では、逆にMRH/MRTの比を大きくしたほうが、スピン注入磁化反転の効果を抑制するためには良いということを明らかにした。本発明はこの常識を打ち破るものである。   Conventionally, it has been common knowledge that the MRH / MRT ratio is 1 or smaller. The magnetic field from the magnetic recording medium is greatest on the side facing the recording medium of the magnetoresistive effect element, and becomes smaller due to the upper shield layer and the lower shield layer as it enters the MRH direction from the opposing surface. For this reason, MRH was generally not very large. Further, when the MRH / MRT ratio is larger than 1, the demagnetizing factor in the MRH direction becomes larger than that in the MRT direction, so that there is a problem that it is difficult to apply a longitudinal bias magnetic field. However, in the present invention, it has been clarified that it is better to increase the MRH / MRT ratio to suppress the effect of spin injection magnetization reversal. The present invention breaks this common sense.

なお、特開2002-208120号公報、特開2000-137906号公報、USP6,338,899B１公報、及びUS2004/0121185A1公報には、本発明と類似の技術が開示されているが、いずれもＣＩＰ型である。一方、本発明の磁気抵抗効果素子は、縦方向に積層された磁化固着層から磁化自由層の方向に電流を通電して用いるのでいわゆるＣＰＰ型である。したがって、これらの先行技術と本発明とは、同じ磁気抵抗効果素子を対象とはしているが、両者の原理は上述した「背景技術」でも述べたように全く異なるものであって、当業者においては、ＣＩＰ型の磁気抵抗効果素子とＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子とは全く異なるものであって、互いの技術を単に転用することはできない。   Japanese Patent Laid-Open No. 2002-208120, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-137906, USP 6,338,899B1 and US2004 / 0121185A1 disclose technologies similar to the present invention. is there. On the other hand, the magnetoresistive effect element of the present invention is a so-called CPP type because it is used by passing a current in the direction from the magnetization fixed layer stacked in the vertical direction to the magnetization free layer. Therefore, although these prior arts and the present invention are directed to the same magnetoresistive effect element, the principles of both are completely different as described in the above-mentioned “Background Art”, and those skilled in the art However, the CIP-type magnetoresistive effect element and the CPP-type magnetoresistive effect element are completely different from each other, and it is not possible to simply divert their technologies.

また、ＣＩＰ型の磁気抵抗効果素子においては、スピン注入磁化反転という現象自体が生じないため、この磁気抵抗効果素子に開示された技術を、本発明のＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子に転用するに足る動機付けは全く存在しない。
特開2002-208120号 特開2000-137906号 USP6,338,899B１ US2004/0121185A1 Further, in the CIP type magnetoresistive effect element, the phenomenon itself of spin injection magnetization reversal does not occur. Therefore, the technique disclosed in this magnetoresistive effect element is transferred to the CPP type magnetoresistive effect element of the present invention. There is no sufficient motivation.
JP 2002-208120 A JP 2000-137906 A USP6,338,899B1 US2004 / 0121185A1

なお、本発明の他の態様においては、前記前記磁化自由層の、縦バイアス磁界に略平行な方向の幅MRT及び縦バイアス磁界に略直角かつ前記信号磁界の方向に略平行な方向の幅MRHが、
１．２≦MRH/MRT≦２．５
なる関係式を満足するようにする。MRH/MRTの比を高くしすぎると、MRT方向の反磁界が大きくなりすぎ、縦バイアス磁界がうまくかからなくなってくるという問題がある。しかしながら、上述のようにMRH/MRTを２．５以下とすることにより、上述した問題を回避することができるようになる。 In another aspect of the present invention, the magnetization free layer has a width MRT in a direction substantially parallel to the longitudinal bias magnetic field and a width MRH in a direction substantially perpendicular to the longitudinal bias magnetic field and substantially parallel to the direction of the signal magnetic field. But,
1.2 ≦ MRH / MRT ≦ 2.5
To satisfy the following relational expression. If the MRH / MRT ratio is too high, the demagnetizing field in the MRT direction becomes too large and the longitudinal bias magnetic field does not work well. However, the above-described problem can be avoided by setting MRH / MRT to 2.5 or less as described above.

また、本発明のその他の態様においては、前記磁化固着層から前記磁化自由層の方へセンス電流を流す。この場合、前記磁化自由層の磁化を反転させてスピン注入磁化反転を生ぜしめるようなスピン成分の電子の割合が減少する。したがって、前記スピン注入磁化反転をより効果的に抑制することができる。   In another aspect of the present invention, a sense current is passed from the magnetization fixed layer to the magnetization free layer. In this case, the proportion of electrons of the spin component that causes the magnetization of the magnetization free layer to be reversed to cause the spin injection magnetization reversal is reduced. Therefore, the spin injection magnetization reversal can be more effectively suppressed.

以上、本発明によれば、スピン注入磁化反転を抑制し、高い歩留まりで製造することのできる磁気抵抗効果素子、ならびにこれを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生装置および磁気ランダムアクセスメモリーを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a magnetoresistive effect element that can be manufactured with a high yield while suppressing spin injection magnetization reversal, and a magnetic head, a magnetic recording / reproducing apparatus, and a magnetic random access memory using the magnetoresistive effect element. Can do.

以下、本発明のその他の特徴及び利点について、発明を実施するための最良の形態に基づいて説明する。   Hereinafter, other features and advantages of the present invention will be described based on the best mode for carrying out the invention.

図１は、本発明の磁気抵抗効果素子の一例の断面図である。図１において、対象となる磁気抵抗効果素子は、情報の読み出し対象となる磁気記録媒体と対向する記録媒体対向面から眺めた場合の断面図を示している。垂直通電型磁気抵抗効果素子1100は、多層膜からなるスピンバルブ膜1200と、このスピンバルブ膜1200に関し、記録トラック幅方向に対応する方向に挟んで対向するように配置された一対の磁区制御膜1120と、これら磁区制御膜1120とスピンバルブ膜1200とを積層方向に沿って挟むように形成された下部シールド層1110および上部シールド層1140とを有している。   FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of the magnetoresistive element of the present invention. In FIG. 1, the target magnetoresistive element is a cross-sectional view when viewed from the recording medium facing surface facing the magnetic recording medium from which information is read. The perpendicular energization type magnetoresistive effect element 1100 includes a multi-layer spin valve film 1200 and a pair of magnetic domain control films arranged so as to face each other with respect to the spin valve film 1200 in a direction corresponding to the recording track width direction. 1120, and a lower shield layer 1110 and an upper shield layer 1140 formed so as to sandwich the magnetic domain control film 1120 and the spin valve film 1200 along the stacking direction.

スピンバルブ膜1200と一対の磁区制御膜1120との間には、一対の絶縁層1150が形成されている。スピンバルブ膜1120は、下部シールド層1110の側から順に、下地層1310、反強磁性層1320、強磁性層1344、磁気結合層1343、磁化固着層1342、中間層1341、磁化自由層1340及び保護層1350を具えている。   A pair of insulating layers 1150 are formed between the spin valve film 1200 and the pair of magnetic domain control films 1120. The spin valve film 1120 includes, in order from the lower shield layer 1110 side, an underlayer 1310, an antiferromagnetic layer 1320, a ferromagnetic layer 1344, a magnetic coupling layer 1343, a magnetization pinned layer 1342, an intermediate layer 1341, a magnetization free layer 1340, and a protective layer. Has layer 1350.

なお、本例においては、磁化固着層1342の磁化は紙面に垂直に向いており、一対の磁区制御膜1120からは磁化自由層1340に対して左右方向から、垂直通電型磁気抵抗効果素子1100の各膜面に略平行となるようにして縦バイアスが印加されるようになる。したがって、本例において、磁化自由層1340の、縦バイアス磁界に略平行な方向の幅MRT及び縦バイアス磁界に略直角かつ前記信号磁界の方向に略平行な方向の幅MRHは、図２において簡略化して示すように、それぞれ磁化自由層1340の図面の横方向における幅及び奥行きに相当するものである。   In this example, the magnetization of the magnetization pinned layer 1342 is perpendicular to the plane of the drawing, and the pair of magnetic domain control films 1120 has a magnetization of the perpendicular conduction magnetoresistive effect element 1100 from the left-right direction with respect to the magnetization free layer 1340. A longitudinal bias is applied so as to be substantially parallel to each film surface. Therefore, in this example, the width MRT of the magnetization free layer 1340 in the direction substantially parallel to the longitudinal bias magnetic field and the width MRH in the direction substantially perpendicular to the longitudinal bias magnetic field and substantially parallel to the direction of the signal magnetic field are simplified in FIG. As shown, the magnetization free layer 1340 corresponds to the width and depth in the lateral direction of the drawing.

本例においては、MRH/MRT≧１．２となるようにする。これによって、特にMRTおよびMRHが100nmを下回るような場合でも、スピン注入磁化反転の効果がバイアスポイントにほぼ依存しなくなり、垂直通電型磁気抵抗効果素子1100を高い歩留まりで製造することができるようになる。なお、好ましくは、MRH/MRT≧１．５とする。   In this example, MRH / MRT ≧ 1.2. As a result, even when MRT and MRH are less than 100 nm, the effect of spin injection magnetization reversal is almost independent of the bias point, so that the perpendicular conduction type magnetoresistive effect element 1100 can be manufactured with a high yield. Become. Preferably, MRH / MRT ≧ 1.5.

また、本例において、１．２≦MRH/MRT≦２．５なる関係式を満足するようにすることが好ましい。MRH/MRTの比を高くしすぎると、MRT方向の反磁界が大きくなりすぎ、縦バイアス磁界がうまくかからなくなってくるという問題がある。しかしながら、上述のようにMRH/MRTを２．５以下とすることにより、上述した問題を回避することができるようになる。   In this example, it is preferable to satisfy the relational expression 1.2 ≦ MRH / MRT ≦ 2.5. If the MRH / MRT ratio is too high, the demagnetizing field in the MRT direction becomes too large and the longitudinal bias magnetic field does not work well. However, the above-described problem can be avoided by setting MRH / MRT to 2.5 or less as described above.

さらに、本例においては、磁化固着層1342から磁化自由層1340の方へセンス電流を流すようにすることが好ましい。この場合、磁化自由層1340の磁化を反転させてスピン注入磁化反転を生ぜしめるようなスピン成分の電子の割合が減少する。したがって、前記スピン注入磁化反転をより効果的に抑制することができる。   Furthermore, in this example, it is preferable that a sense current flows from the magnetization fixed layer 1342 toward the magnetization free layer 1340. In this case, the proportion of electrons of the spin component that causes the magnetization reversal of the magnetization free layer 1340 to be reversed to cause the spin injection magnetization reversal is reduced. Therefore, the spin injection magnetization reversal can be more effectively suppressed.

下部シールド層1110と上部シールド層1140はNiFe合金などで作製され、それぞれ下部電極および上部電極としての働きを兼ねる。下地層1310は例えばＴａなどからなり、反強磁性層1320と強磁性層1344との交換結合が良好になるようにしたり、あるいはスピンバルブ膜全体の結晶性を向上させたりするなどの機能を持つ。   The lower shield layer 1110 and the upper shield layer 1140 are made of NiFe alloy or the like, and also serve as a lower electrode and an upper electrode, respectively. The underlayer 1310 is made of Ta, for example, and has a function of improving the exchange coupling between the antiferromagnetic layer 1320 and the ferromagnetic layer 1344 or improving the crystallinity of the entire spin valve film. .

反強磁性層1320は、PtMn合金またはX-Mn（ただしXはPd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feのいずれか１種または２種以上の元素）合金で、あるいはPt-Mn-X’（ただしX’はPd,Ir,Rh,Ru,Au,Ag,Os,Cr,Ni,Ar,Ne,Xe,Krのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。これらの合金を使用して熱処理することにより、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層1320を得ることが出来る。   The antiferromagnetic layer 1320 is made of a PtMn alloy or an X-Mn alloy (where X is one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, Fe), or a Pt-Mn- X ′ (where X ′ is one or more elements of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr) is formed. An antiferromagnetic layer 1320 that generates a large exchange coupling magnetic field can be obtained by heat treatment using these alloys.

強磁性層1344，磁気結合層1343，および磁化固着層1342は、いわゆるシンセティックアンティフェロマグネット（SyAF）を形成している。強磁性層1344および磁化固着層1342は、通常Fe,Co,Ni,Mnのうちの少なくとも一つを含む材料を基板材料として構成される。強磁性層1344および磁化固着層1342のいずれも単層構造としても良いし、積層構造としても良い。たとえばCoFe合金とCuを積層するといった手法が好ましく用いられる。磁気結合層は銅，金，Ru,Rh,Irなどの非磁性金属材料からなる。   The ferromagnetic layer 1344, the magnetic coupling layer 1343, and the magnetization pinned layer 1342 form a so-called synthetic antiferromagnet (SyAF). The ferromagnetic layer 1344 and the magnetization pinned layer 1342 are generally configured using a material containing at least one of Fe, Co, Ni, and Mn as a substrate material. Both the ferromagnetic layer 1344 and the magnetization pinned layer 1342 may have a single layer structure or a laminated structure. For example, a method of laminating a CoFe alloy and Cu is preferably used. The magnetic coupling layer is made of a nonmagnetic metal material such as copper, gold, Ru, Rh, or Ir.

強磁性層1344，磁気結合層1343は磁化固着層1342を介して互いに反強磁性的な結合をしており、強磁性層1344の磁化の向きは反強磁性層1320により固着される。   The ferromagnetic layer 1344 and the magnetic coupling layer 1343 are antiferromagnetically coupled to each other via the magnetization pinned layer 1342, and the magnetization direction of the ferromagnetic layer 1344 is pinned by the antiferromagnetic layer 1320.

中間層1341は、例えば銅や金などの高い電気伝導率を有する非磁性金属材料からなる。このほか、Mn（マンガン），Re（レニウム），Ru（ルテニウム），Pd（パラジウム），Pt（白金），Ag（銀），Al（アルミニウム），Sc（スカンジウム），Zn（亜鉛），Ga（ガリウム），Ge（ゲルマニウム），Zr（ジルコニウム），Hf（ハフニウム），Y（イットリウム），Tc（テクネチウム），In（インジウム），Sn（スズ），Ca（カルシウム）,Sr（ストロンチウム），Ba（バリウム）も好ましく用いることが出来る。あるいは、特許文献５に開示されているような、絶縁体（Al2O3）の内部に導電体（ＣｕやFe，Co，Ni，あるいはその合金）を設けるようなものも有効である。 The intermediate layer 1341 is made of a nonmagnetic metal material having high electrical conductivity such as copper or gold. In addition, Mn (manganese), Re (rhenium), Ru (ruthenium), Pd (palladium), Pt (platinum), Ag (silver), Al (aluminum), Sc (scandium), Zn (zinc), Ga ( Gallium), Ge (germanium), Zr (zirconium), Hf (hafnium), Y (yttrium), Tc (technetium), In (indium), Sn (tin), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba ( Barium) can also be preferably used. Alternatively, it is effective to provide a conductor (Cu, Fe, Co, Ni, or an alloy thereof) inside an insulator (Al 2 O 3 ) as disclosed in Patent Document 5.

前記導電体としては、Mn（マンガン），Re（レニウム），Ru（ルテニウム），Pd（パラジウム），Pt（白金），Ag（銀），Al（アルミニウム），Sc（スカンジウム），Zn（亜鉛），Ga（ガリウム），Ge（ゲルマニウム），Zr（ジルコニウム），Hf（ハフニウム），Y（イットリウム），Tc（テクネチウム），In（インジウム），Sn（スズ），Ca（カルシウム）,Sr（ストロンチウム），Ba（バリウム）も好ましく用いることが出来る。中間層1341は、主に磁化自由層1340と磁化固着層1342との磁気結合を切り離すように機能する。
特開2005-109378号 As the conductor, Mn (manganese), Re (rhenium), Ru (ruthenium), Pd (palladium), Pt (platinum), Ag (silver), Al (aluminum), Sc (scandium), Zn (zinc) , Ga (gallium), Ge (germanium), Zr (zirconium), Hf (hafnium), Y (yttrium), Tc (technetium), In (indium), Sn (tin), Ca (calcium), Sr (strontium) , Ba (barium) can also be preferably used. The intermediate layer 1341 mainly functions to disconnect the magnetic coupling between the magnetization free layer 1340 and the magnetization pinned layer 1342.
JP 2005-109378 A

磁化自由層1340は、例えばNiFe合金や、NiFe合金とCoFe合金との多層膜から構成されており、外部磁界の向きに応じて磁化の向きが変化する層である。保護層1350はたとえばCuやTaやRuから構成され、製造過程において成膜後のスピンバルブ膜1200を保護する。   The magnetization free layer 1340 is composed of, for example, a NiFe alloy or a multilayer film of NiFe alloy and CoFe alloy, and is a layer whose magnetization direction changes according to the direction of the external magnetic field. The protective layer 1350 is made of, for example, Cu, Ta, or Ru, and protects the spin valve film 1200 after film formation in the manufacturing process.

磁区制御膜1120（CoPt合金やCoCrPt合金などが好ましく用いられる）は絶縁層1150（Al2O3やAlNなどが好ましく用いられる）の上に形成される。上述したように、磁区制御膜1120は縦バイアス機構部として働き、磁気抵抗効果膜の膜面に対して略平行かつ磁化固着層の磁化に対して略垂直に、前記磁化自由層に縦バイアス磁界を加える。 The magnetic domain control film 1120 (CoPt alloy or CoCrPt alloy is preferably used) is formed on the insulating layer 1150 (Al 2 O 3 or AlN is preferably used). As described above, the magnetic domain control film 1120 functions as a longitudinal bias mechanism, and is substantially parallel to the film surface of the magnetoresistive effect film and substantially perpendicular to the magnetization of the magnetization pinned layer, and the longitudinal bias magnetic field in the magnetization free layer. Add

垂直通電磁気抵抗効果素子として用いる以上、バイアスポイントについては、20％以上80％以下であることが実用上きわめて好ましい。あまりバイアスポイントが大きすぎたり小さすぎたりすると、片一方の向きの信号磁界に対して垂直通電磁気抵抗効果素子の出力が変化しなくなってしまう。また、予期せぬノイズが生じることがある。より好ましい範囲は、３５％以上６５％以下である。   As long as it is used as a vertical current-carrying magnetoresistive effect element, the bias point is extremely preferably 20% or more and 80% or less. If the bias point is too large or too small, the output of the perpendicular energizing magnetoresistive element will not change with respect to the signal magnetic field in one direction. In addition, unexpected noise may occur. A more preferable range is 35% or more and 65% or less.

図３は、本発明の磁気抵抗効果素子の他の例を示す断面図である。本例に示す垂直通電型磁気抵抗効果素子1100においては、図１で示した磁区制御膜1120と絶縁体1150が絶縁体1130で置き換えられている点、保護層1350と上部シールド層1140との間にエクスチェンジバイアス層1345および上部電極層1346が形成されている点が異なっている。なお、図1に示す構成要素と同一あるいは類似のものに関しては同一の参照数字を用いて表している。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the magnetoresistive element of the present invention. In the vertical energization type magnetoresistive effect element 1100 shown in this example, the magnetic domain control film 1120 and the insulator 1150 shown in FIG. 1 are replaced by the insulator 1130, and between the protective layer 1350 and the upper shield layer 1140. Except that an exchange bias layer 1345 and an upper electrode layer 1346 are formed. The same or similar elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

エクスチェンジバイアス層1345は、反強磁性層1320と同様、PtMn合金またはX-Mn（ただしXはPd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feのいずれか１種または２種以上の元素）合金で、あるいはPt-Mn-X’（ただしX’はPd,Ir,Rh,Ru,Au,Ag,Os,Cr,Ni,Ar,Ne,Xe,Krのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。この場合はエクスチェンジバイアス層1345が縦バイアス機構部として働き、交換結合磁界により、磁気抵抗効果素子1100の各膜面に対して略平行かつ磁化固着層1342の磁化に対して略垂直となるように、磁化自由層1340に縦バイアス磁界を加える。   Like the antiferromagnetic layer 1320, the exchange bias layer 1345 is a PtMn alloy or X-Mn (where X is one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Ni, and Fe elements). Or Pt-Mn-X ′ (where X ′ is one or more of Pd, Ir, Rh, Ru, Au, Ag, Os, Cr, Ni, Ar, Ne, Xe, Kr) It is made of an alloy. In this case, the exchange bias layer 1345 functions as a longitudinal bias mechanism so that the exchange coupling magnetic field is substantially parallel to each film surface of the magnetoresistive effect element 1100 and substantially perpendicular to the magnetization of the magnetization pinned layer 1342. A longitudinal bias magnetic field is applied to the magnetization free layer 1340.

なお、エクスチェンジバイアス層1345と磁化自由層1350との間に強磁性材料からなる強磁性層や軟磁性材料からなる層や非磁性材料からなる層を形成することもできる。   A ferromagnetic layer made of a ferromagnetic material, a layer made of a soft magnetic material, or a layer made of a nonmagnetic material can be formed between the exchange bias layer 1345 and the magnetization free layer 1350.

本例においても、磁化固着層1342の磁化は例えば紙面に垂直に向いており、磁化自由層1340の、縦バイアス磁界に略平行な方向の幅MRT及び縦バイアス磁界に略直角かつ前記信号磁界の方向に略平行な方向の幅MRHは、図２において簡略化して示すように、それぞれ磁化自由層1340の図面の横方向における幅及び奥行きに相当するものとして考えることができる。   Also in this example, the magnetization of the magnetization pinned layer 1342 is perpendicular to the paper surface, for example, the width MRT of the magnetization free layer 1340 in a direction substantially parallel to the longitudinal bias magnetic field and substantially perpendicular to the longitudinal bias magnetic field and the signal magnetic field The width MRH in the direction substantially parallel to the direction can be considered as corresponding to the width and depth in the horizontal direction of the magnetization free layer 1340 in the drawing, as shown in a simplified manner in FIG.

本例においても、MRH/MRT≧１．２となるようにする。これによって、特にMRTおよびMRHが100nmを下回るような場合でも、スピン注入磁化反転の効果がバイアスポイントにほぼ依存しなくなり、垂直通電型磁気抵抗効果素子1100を高い歩留まりで製造することができるようになる。なお、好ましくは、MRH/MRT≧１．５とする。   Also in this example, MRH / MRT ≧ 1.2. As a result, even when MRT and MRH are less than 100 nm, the effect of spin injection magnetization reversal is almost independent of the bias point, so that the perpendicular conduction type magnetoresistive effect element 1100 can be manufactured with a high yield. Become. Preferably, MRH / MRT ≧ 1.5.

また、本例において、１．２≦MRH/MRT≦２．５なる関係式を満足するようにすることが好ましい。MRH/MRTの比を高くしすぎると、MRT方向の反磁界が大きくなりすぎ、縦バイアス磁界がうまくかからなくなってくるという問題がある。しかしながら、上述のようにMRH/MRTを２．５以下とすることにより、上述した問題を回避することができるようになる。   In this example, it is preferable to satisfy the relational expression 1.2 ≦ MRH / MRT ≦ 2.5. If the MRH / MRT ratio is too high, the demagnetizing field in the MRT direction becomes too large and the longitudinal bias magnetic field does not work well. However, the above-described problem can be avoided by setting MRH / MRT to 2.5 or less as described above.

さらに、本例においては、磁化固着層1342から磁化自由層1340の方へセンス電流を流すようにすることが好ましい。この場合、磁化自由層1340の磁化を反転させてスピン注入磁化反転を生ぜしめるようなスピン成分の電子の割合が減少する。したがって、前記スピン注入磁化反転をより効果的に抑制することができる。   Furthermore, in this example, it is preferable that a sense current flows from the magnetization fixed layer 1342 toward the magnetization free layer 1340. In this case, the proportion of electrons of the spin component that causes the magnetization reversal of the magnetization free layer 1340 to be reversed to cause the spin injection magnetization reversal is reduced. Therefore, the spin injection magnetization reversal can be more effectively suppressed.

エクスチェンジバイアス層1345内において反強磁性に磁気秩序をおこしている磁気モーメントの角度は、基本的に磁化固着層1342の磁化に対して略垂直である。したがって、前記角度を垂直からずらすことにより、上述したバイアスポイントを調整することが出来る。   The angle of the magnetic moment causing the antiferromagnetic magnetic order in the exchange bias layer 1345 is basically substantially perpendicular to the magnetization of the magnetization pinned layer 1342. Therefore, the bias point described above can be adjusted by shifting the angle from the vertical.

なお、本例の変形例として、エクスチェンジバイアス層1345の他に上述した磁区制御膜を形成し、これら両方の縦バイアス機構を用い、さらにエクスチェンジバイアス層1345の磁気モーメントの角度をずらすことによってバイアスポイントを調整できる。   As a modification of this example, the magnetic domain control film described above is formed in addition to the exchange bias layer 1345, both of these longitudinal bias mechanisms are used, and the bias moment is shifted by shifting the angle of the magnetic moment of the exchange bias layer 1345. Can be adjusted.

素子作成にあたっては、エクスチェンジバイアス1345層に用いる材料に、反強磁性層1320に用いる材料よりもブロッキング温度（強磁性層と反強磁性体との交換結合が切れる温度）の低いものを選ぶ。ひとつの典型としては、反強磁性層1320にPtMn、エクスチェンジバイアス層1345にIrMnを選ぶことが挙げられる。交換結合磁界は膜内の結晶粒径分布や成膜時の真空度によって異なる。また、PtMnについては膜厚増加と共に交換結合磁界が増加するが、IrMnについては逆に減少する。   In fabricating the element, the material used for the exchange bias 1345 layer is selected to have a lower blocking temperature (the temperature at which exchange coupling between the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic material is broken) than the material used for the antiferromagnetic layer 1320. One typical example is to select PtMn for the antiferromagnetic layer 1320 and IrMn for the exchange bias layer 1345. The exchange coupling magnetic field varies depending on the crystal grain size distribution in the film and the degree of vacuum at the time of film formation. In addition, the exchange coupling magnetic field increases with increasing film thickness for PtMn, but conversely decreases for IrMn.

上記交換結合磁界を与えるためには、上記反強磁性などを含む磁気抵抗効果素子1100に対して熱処理を加える。第一の熱処理温度では反強磁性層熱処理磁場を加えて熱処理する。次に第二の熱処理温度（第一の熱処理温度より低い）では反強磁性層熱処理磁場に対して角度をつけてエクスチェンジバイアス層熱処理磁場を加えて熱処理をする。一般的に、反強磁性層熱処理磁場とエクスチェンジバイアス層熱処理磁場の磁場は略垂直である。しかし上述のようにこの角度を垂直からずらすことにより、バイアスポイントを調整することが出来る。   In order to apply the exchange coupling magnetic field, heat treatment is applied to the magnetoresistive effect element 1100 including the antiferromagnetism. At the first heat treatment temperature, an antiferromagnetic layer heat treatment magnetic field is applied for heat treatment. Next, at the second heat treatment temperature (lower than the first heat treatment temperature), the heat treatment is performed by applying an exchange bias layer heat treatment magnetic field at an angle to the antiferromagnetic layer heat treatment magnetic field. Generally, the antiferromagnetic layer heat treatment magnetic field and the exchange bias layer heat treatment magnetic field are substantially perpendicular to each other. However, the bias point can be adjusted by shifting this angle from the vertical as described above.

図４は、本発明の磁気抵抗効果素子のその他の例を示す断面図である。本例における垂直通電型磁気抵抗効果素子1100は、図３で示したエクスチェンジバイアス層1345と上部電極1346の代わりに、分離層1347を挟んで硬磁性材料からなるインスタックバイアス層1348（CoPt合金やCoCrPt合金などが好ましく用いられる）が形成されている。なお、図1及び３に示す構成要素と同一あるいは類似のものに関しては同一の参照数字を用いて表している。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the magnetoresistance effect element of the present invention. In this example, a vertical energization type magnetoresistive effect element 1100 has an in-stack bias layer 1348 (CoPt alloy or the like) made of a hard magnetic material with a separation layer 1347 interposed therebetween instead of the exchange bias layer 1345 and the upper electrode 1346 shown in FIG. CoCrPt alloy or the like is preferably used). The same or similar elements as those shown in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals.

本例においては、分離層1347とインスタックバイアス層1348が縦バイアス機構として働き、インスタックバイアス層1348と磁化自由層1350の端部間に静磁界的な結合MおよびM’ が発生し、磁化自由層の磁化が磁気抵抗効果膜の膜面に対して略平行かつ磁化固着層の磁化に対して略垂直に揃えられる。   In this example, the separation layer 1347 and the in-stack bias layer 1348 function as a longitudinal bias mechanism, and static magnetic field coupling M and M ′ are generated between the end portions of the in-stack bias layer 1348 and the magnetization free layer 1350, and the magnetization The magnetization of the free layer is aligned substantially parallel to the film surface of the magnetoresistive effect film and substantially perpendicular to the magnetization of the magnetization pinned layer.

本例においても、磁化固着層1342の磁化は例えば紙面に垂直に向いており、磁化自由層1340の、縦バイアス磁界に略平行な方向の幅MRT及び縦バイアス磁界に略直角かつ前記信号磁界の方向に略平行な方向の幅MRHは、図２において簡略化して示すように、それぞれ磁化自由層1340の図面の横方向における幅及び奥行きに相当するものとして考えることができる。   Also in this example, the magnetization of the magnetization pinned layer 1342 is perpendicular to the paper surface, for example, the width MRT of the magnetization free layer 1340 in a direction substantially parallel to the longitudinal bias magnetic field and substantially perpendicular to the longitudinal bias magnetic field and the signal magnetic field The width MRH in the direction substantially parallel to the direction can be considered as corresponding to the width and depth in the horizontal direction of the magnetization free layer 1340 in the drawing, as shown in a simplified manner in FIG.

また、本例においても、MRH/MRT≧１．２となるようにする。これによって、特にMRTおよびMRHが100nmを下回るような場合でも、スピン注入磁化反転の効果がバイアスポイントにほぼ依存しなくなり、垂直通電型磁気抵抗効果素子1100を高い歩留まりで製造することができるようになる。なお、好ましくは、MRH/MRT≧１．５である。   Also in this example, MRH / MRT ≧ 1.2. As a result, even when MRT and MRH are less than 100 nm, the effect of spin injection magnetization reversal is almost independent of the bias point, so that the perpendicular conduction type magnetoresistive effect element 1100 can be manufactured with a high yield. Become. Preferably, MRH / MRT ≧ 1.5.

さらに、本例において、１．２≦MRH/MRT≦２．５なる関係式を満足するようにすることが好ましい。MRH/MRTの比を高くしすぎると、MRT方向の反磁界が大きくなりすぎ、縦バイアス磁界がうまくかからなくなってくるという問題がある。しかしながら、上述のようにMRH/MRTを２．５以下とすることにより、上述した問題を回避することができるようになる。   Furthermore, in this example, it is preferable to satisfy the relational expression of 1.2 ≦ MRH / MRT ≦ 2.5. If the MRH / MRT ratio is too high, the demagnetizing field in the MRT direction becomes too large and the longitudinal bias magnetic field does not work well. However, the above-described problem can be avoided by setting MRH / MRT to 2.5 or less as described above.

また、本例においては、磁化固着層1342から磁化自由層1340の方へセンス電流を流すようにすることが好ましい。この場合、前記センス電流が磁化固着層1342を通過した後に、磁化自由層1340の磁化を反転させてスピン注入磁化反転を生ぜしめるようなスピン成分の電子の割合が減少する。したがって、前記スピン注入磁化反転をより効果的に抑制することができる。   In this example, it is preferable that a sense current flows from the magnetization fixed layer 1342 toward the magnetization free layer 1340. In this case, after the sense current passes through the magnetization fixed layer 1342, the proportion of electrons of the spin component that causes the magnetization of the magnetization free layer 1340 to be reversed to cause the spin injection magnetization reversal is reduced. Therefore, the spin injection magnetization reversal can be more effectively suppressed.

インスタックバイアス層内において反強磁性に磁気秩序をおこしている磁気モーメントの角度は、基本的に磁化固着層の磁化に対して略垂直である。しかしながら、前記角度を垂直からずらすことにより、バイアスポイントを調整することが出来る。   The angle of the magnetic moment causing the antiferromagnetic magnetic order in the in-stack bias layer is basically substantially perpendicular to the magnetization of the magnetization pinned layer. However, the bias point can be adjusted by shifting the angle from the vertical.

また、本例の変形例として、インスタックバイアス層と磁区制御膜の両方を縦バイアス機構として用い、インスタックバイアス層の磁気モーメントの角度をずらすことによってバイアスポイントを調整できる。   As a modification of this example, the bias point can be adjusted by using both the in-stack bias layer and the magnetic domain control film as the longitudinal bias mechanism and shifting the angle of the magnetic moment of the in-stack bias layer.

なお、上述したいずれの例においても、強磁性層の磁気的膜厚と磁化固着層の磁気的膜厚とを互いに異なるようにし、漏れた静磁界を磁化自由層に加えることによってバイアスポイントを調整するようにすることもできる。また、この方法は、上述した角度変化によるバイアスポイントの調整方法と併用することもできる。   In any of the above-described examples, the bias point is adjusted by making the magnetic film thickness of the ferromagnetic layer and the magnetic film thickness of the magnetization pinned layer different from each other and applying a leaked static magnetic field to the magnetization free layer. You can also do it. In addition, this method can be used in combination with the above-described method for adjusting the bias point by changing the angle.

磁気的膜厚をずらす方法としては実際に層の厚さを変えることによって実施することもできるが、層組成を変えることによっても実施することができる。たとえばCo90Fe10に代えてCo80Fe20やCoを用いれば、実質的な磁気的膜厚を変化させることができる。 The method of shifting the magnetic film thickness can be carried out by actually changing the layer thickness, but can also be carried out by changing the layer composition. For example, if Co 80 Fe 20 or Co is used instead of Co 90 Fe 10 , the substantial magnetic film thickness can be changed.

また、バイアスポイントの調整は、磁化自由層と磁化固着層との間の大きなインターレイヤーカップリング磁界を用いるという手法がある。通常、磁区制御膜1120の磁気膜厚は3.0memu/cm2程度であるが、これを1.5memu/cm2程度に弱めて、インターレイヤーカップリング磁界を150 Oeより大きくするということも可能である。 The bias point is adjusted by using a large interlayer coupling magnetic field between the magnetization free layer and the magnetization pinned layer. Normally, the magnetic film thickness of the magnetic domain control film 1120 is about 3.0 memu / cm 2 , but it is also possible to weaken this to about 1.5 memu / cm 2 and make the interlayer coupling magnetic field larger than 150 Oe. .

次に、図１に示した磁気抵抗効果素子を例にとり、素子の作製について述べる。まず図５及び６は、前記素子の製造工程を示す図である。   Next, taking the magnetoresistive effect element shown in FIG. 1 as an example, the fabrication of the element will be described. First, FIGS. 5 and 6 are diagrams showing the manufacturing process of the element.

最初に、図５に示すように、図示しない基板上に、下部シールド層1110、下地層1310、反強磁性層1320、強磁性層1344、磁気結合層1343、磁化固着層1342、中間層1341、磁化自由層1340，及び保護層1350を成膜する。   First, as shown in FIG. 5, a lower shield layer 1110, an underlayer 1310, an antiferromagnetic layer 1320, a ferromagnetic layer 1344, a magnetic coupling layer 1343, a magnetization pinned layer 1342, an intermediate layer 1341, A magnetization free layer 1340 and a protective layer 1350 are formed.

各層の形成には、例えばスパッタ装置による成膜が用いられる。スパッタ成膜では、ＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法のいずれか、またはそれらを組み合わせたスパッタ法などを使用できる。   For forming each layer, for example, film formation by a sputtering apparatus is used. In sputtering film formation, DC magnetron sputtering, RF magnetron sputtering, ion beam sputtering, long throw sputtering, collimation sputtering, or a combination thereof can be used.

次いで、その上にレジスト層1360を形成した後、図６に示すように、イオンミリングで成膜を下地層1310の一部まで除去する。除去された部分に、絶縁層1150、磁区制御膜1120を成膜する。次いで、レジスト層1360を除去した後、上部シールド層1140を成膜して目的とする垂直通電型磁気抵抗効果素子1100を得る。   Next, after forming a resist layer 1360 thereon, as shown in FIG. 6, the film is removed to a part of the base layer 1310 by ion milling. An insulating layer 1150 and a magnetic domain control film 1120 are formed on the removed portion. Next, after removing the resist layer 1360, the upper shield layer 1140 is formed to obtain the intended vertical conduction type magnetoresistive effect element 1100.

なお、上記具体例においては、垂直通電型磁気抵抗効果素子1100はすべて下から磁化固着層、中間層、磁化自由層の順序で積層されるボトム型磁気抵抗効果素子であるが、下から磁化自由層、中間層、磁化固着層の順に積層されるトップ型磁気抵抗効果素子とすることもできる。   In the above specific example, the perpendicular conduction type magnetoresistive effect element 1100 is a bottom type magnetoresistive effect element laminated in the order of the magnetization fixed layer, the intermediate layer, and the magnetization free layer from the bottom. A top-type magnetoresistive effect element that is laminated in the order of a layer, an intermediate layer, and a magnetization fixed layer can also be obtained.

また、上記具体例におけるバイアスポイントは、以下のようにして定義することができる。図７は、バイアスポイントを説明するための図である。グラフに示されたのは、信号磁界Ｈに対する垂直通電型磁気抵抗効果素子の出力Ｖの変化であり、俗にトランスファーカーブともよばれる。   Further, the bias point in the above specific example can be defined as follows. FIG. 7 is a diagram for explaining the bias point. What is shown in the graph is a change in the output V of the vertical energization type magnetoresistive effect element with respect to the signal magnetic field H, which is also commonly called a transfer curve.

素子にかかる電圧を十分に低い状態にする（数ｍＶから高々40mV程度がのぞましい）と、信号磁界が十分に低いときは磁化固着層の磁化方向と磁化自由層の磁化方向は平行に近いため出力はVAとなり低く、一方信号磁界が十分に高いときは磁化固着層の磁化方向と磁化自由層の磁化方向が反平行に近いため出力はVBのように高くなる。また、信号磁界がゼロのときの出力VCはVAとVBの間となる。したがって、このときバイアスポイントBPは以下の式で計算することができ。
BP = (VC - VA)/(VB - VA)×100 = (VB - VC)/(VB - VA)×100 (%) When the voltage applied to the element is set to a sufficiently low state (preferably about several mV to 40 mV at most), when the signal magnetic field is sufficiently low, the magnetization direction of the magnetization pinned layer and the magnetization direction of the magnetization free layer are nearly parallel, so that the output Is low as V A , while when the signal magnetic field is sufficiently high, the magnetization direction of the magnetization fixed layer and the magnetization direction of the magnetization free layer are nearly antiparallel, and the output is as high as V B. Further, the output V C when the signal magnetic field is zero is between V A and V B. Therefore, at this time, the bias point BP can be calculated by the following formula.
BP = (V C -V A ) / (V B -V A ) × 100 = (V B -V C ) / (V B -V A ) × 100 (%)

また、十分に信号磁界が低いときの抵抗値をRA、十分に信号磁界が高いときの抵抗値をRB、信号磁界がゼロのときの抵抗値をRCとする。このときにバイアスポイントは以下のように見積もることができる。
BP = (RC - RA)/(RB - RA)×100 = (RB - RC)/(RB - RA)×100 (%) Also, R A is a resistance value when the signal magnetic field is sufficiently low, R B is a resistance value when the signal magnetic field is sufficiently high, and R C is a resistance value when the signal magnetic field is zero. At this time, the bias point can be estimated as follows.
BP = (R C -R A ) / (R B -R A ) × 100 = (R B -R C ) / (R B -R A ) × 100 (%)

バイアスポイントを確定するその他の方法としては、一定の信号磁界中における出力電圧Ｖ（または抵抗Ｒ）のセンス電流変化を、様々な磁場において測定するという方法がある。センス電流が小さいときにおいて、信号磁界がゼロのときの出力が、信号磁界がある特定の正の磁場における出力に近いか、それとも特定の負の磁場における出力に近いかを調べる。たとえば特定の正の磁場を＋４００ Ｏｅと決めたら、特定の負の磁場は、磁界強度の絶対値が同じで向きが反対の、−４００ Ｏｅと決める。この際のバイアスポイントは上記式のいずれかを用いて示すことができる。なお、本例において、実際に使用する磁場の絶対値の大きさが大きいほど正確にバイアスポイントが見積もられ、具体的には４００ Oe以上が望ましい。   As another method for determining the bias point, there is a method of measuring a change in the sense current of the output voltage V (or resistance R) in a constant signal magnetic field in various magnetic fields. When the sense current is small, it is examined whether the output when the signal magnetic field is zero is close to the output in a certain positive magnetic field or close to the output in a specific negative magnetic field. For example, if a specific positive magnetic field is determined to be +400 Oe, a specific negative magnetic field is determined to be −400 Oe having the same absolute value of the magnetic field strength and the opposite direction. The bias point at this time can be shown using any of the above formulas. In this example, the larger the absolute value of the magnetic field actually used, the more accurately the bias point is estimated. Specifically, 400 Oe or more is desirable.

次に、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気再生装置について説明する。本発明の磁気抵抗効果素子は、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。   Next, a magnetic reproducing apparatus equipped with the magnetoresistive effect element of the present invention will be described. The magnetoresistive effect element of the present invention can be incorporated in, for example, a recording / reproducing integrated magnetic head assembly and mounted on a magnetic recording / reproducing apparatus.

図８は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、磁気記録用媒体ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク２００を備えたものとしてもよい。また、媒体ディスク２００は、記録ビットの磁化方向がディスク面と略平行ないわゆる「面内記録方式」でも良く、あるいは、記録ビットの磁化方向がディスク面に対して略垂直な「垂直記録方式」でも良い。   FIG. 8 is a main part perspective view illustrating a schematic configuration of such a magnetic recording / reproducing apparatus. That is, the magnetic recording / reproducing apparatus 150 of the present invention is an apparatus using a rotary actuator. In the figure, a magnetic recording medium disk 200 is mounted on a spindle 152 and rotated in the direction of arrow A by a motor (not shown) that responds to a control signal from a drive device control unit (not shown). The magnetic recording / reproducing apparatus 150 of the present invention may include a plurality of medium disks 200. Further, the medium disk 200 may be a so-called “in-plane recording method” in which the magnetization direction of the recording bit is substantially parallel to the disk surface, or “vertical recording method” in which the magnetization direction of the recording bit is substantially perpendicular to the disk surface. But it ’s okay.

媒体ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。   A head slider 153 that records and reproduces information stored in the medium disk 200 is attached to the tip of a thin-film suspension 154. Here, the head slider 153 has, for example, the magnetoresistive effect element or the magnetic head according to any one of the above-described embodiments mounted near the tip thereof.

媒体ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが媒体ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。   When the medium disk 200 rotates, the medium facing surface (ABS) of the head slider 153 is held with a predetermined flying height from the surface of the medium disk 200. Alternatively, a so-called “contact traveling type” in which the slider contacts the medium disk 200 may be used. The suspension 154 is connected to one end of an actuator arm 155 having a bobbin portion for holding a drive coil (not shown). A voice coil motor 156, which is a kind of linear motor, is provided at the other end of the actuator arm 155. The voice coil motor 156 is composed of a drive coil (not shown) wound around the bobbin portion of the actuator arm 155, and a magnetic circuit composed of a permanent magnet and a counter yoke arranged so as to sandwich the coil.

アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。   The actuator arm 155 is held by ball bearings (not shown) provided at two positions above and below the spindle 157, and can be freely rotated and slid by a voice coil motor 156.

図９は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。サスペンション１５４の先端には、前述したような本発明の磁気抵抗効果素子を具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。   FIG. 9 is an enlarged perspective view of the magnetic head assembly ahead of the actuator arm 155 as viewed from the disk side. That is, the magnetic head assembly 160 includes an actuator arm 155 having, for example, a bobbin portion that holds a drive coil, and a suspension 154 is connected to one end of the actuator arm 155. A head slider 153 having the magnetoresistive effect element of the present invention as described above is attached to the tip of the suspension 154. The suspension 154 has a lead wire 164 for writing and reading signals, and the lead wire 164 and each electrode of the magnetic head incorporated in the head slider 153 are electrically connected. In the figure, reference numeral 165 denotes an electrode pad of the magnetic head assembly 160.

本発明によれば、前述したような磁気抵抗効果素子を具備することにより、従来よりも高い記録密度で磁気記録媒体ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読みとることが可能となる。   According to the present invention, by including the magnetoresistive effect element as described above, it is possible to reliably read information magnetically recorded on the magnetic recording medium disk 200 at a higher recording density than before.

本例では、図1に示すような垂直通電型磁気抵抗効果素子を作製し、スピン注入磁化反転とバイアスポイントとの関係を調べた。   In this example, a perpendicular conduction type magnetoresistive effect element as shown in FIG. 1 was fabricated, and the relationship between spin transfer magnetization reversal and bias point was examined.

前記磁気抵抗効果素子の下地層1310にはTa5nm，反強磁性層1320にはPtMn15nm，強磁性層1344にはCo90Fe10を3.4nm，非磁性結合層1343にはRuを0.85nm，磁化固着層1342にはFe50Co50を3nm，中間層1341には厚さ5nmのAl2O3内にCuの通電パスが空いた構造を用いた。磁化自由層1340にはCo90Fe101nm / Ni83Fe173.5nm，保護層1350にはCu5nmを用いた。縦バイアス機構はCoCrPt合金を用いた磁区制御膜とした。反強磁性層の着磁方向は、磁区制御膜の磁化と略垂直になるようにした。MRTとMRHを変化させた素子について、センス電流を磁化自由層側から磁化固着層側に通電させた場合のトランスファーカーブを測定した。 The underlayer 1310 of the magnetoresistive effect element is Ta5 nm, the antiferromagnetic layer 1320 is PtMn15 nm, the ferromagnetic layer 1344 is Co 90 Fe 10 3.4 nm, the nonmagnetic coupling layer 1343 is Ru 0.85 nm, and magnetization is fixed. The layer 1342 has a structure in which Fe 50 Co 50 is 3 nm, and the intermediate layer 1341 is a structure in which a Cu energization path is opened in 5 nm thick Al 2 O 3 . Co 90 Fe 10 1 nm / Ni 83 Fe 17 3.5 nm was used for the magnetization free layer 1340, and Cu 5 nm was used for the protective layer 1350. The longitudinal bias mechanism was a magnetic domain control film using CoCrPt alloy. The magnetization direction of the antiferromagnetic layer was made substantially perpendicular to the magnetization of the magnetic domain control film. With respect to the element in which MRT and MRH were changed, the transfer curve was measured when a sense current was passed from the magnetization free layer side to the magnetization pinned layer side.

なお、以後において、センス電流およびバイアス電圧の正負は、センス電流を磁化自由層側から磁化固着層側に通電させた場合を正とする。   In the following, the positive and negative of the sense current and the bias voltage are positive when the sense current is passed from the magnetization free layer side to the magnetization pinned layer side.

また、バイアス電圧が+40mV，+80mVおよび+120mVにおける磁気抵抗変化と、バイアス電圧が-40mVのときの磁気抵抗変化との比をとり、そのバイアスポイント依存性を測定した。バイアスポイントはばらついており、２０％付近から８０％付近まで分布していた。傾向を正しく明らかにするために同一のMRTおよびMRHを持つ素子について４０個測定をおこない、それらについて最小２乗法による直線フィッティングをおこなった。その結果を図１０〜１３に示す。   In addition, the ratio of the magnetoresistance change when the bias voltage was +40 mV, +80 mV and +120 mV to the magnetoresistance change when the bias voltage was −40 mV was taken, and the dependency on the bias point was measured. Bias points varied and distributed from around 20% to around 80%. In order to clarify the tendency correctly, 40 elements having the same MRT and MRH were measured, and linear fitting by the least square method was performed on them. The results are shown in FIGS.

これらの図から明らかなように、MRHが大きくかつMRTが小さくなるに従って、バイアスポイント依存性が小さくなることがわかる。その傾向は、バイアス電圧が増加するすなわちスピン注入の量が増加するに従って顕著となる。またこれらの図から、バイアスポイントが２０％以上５０％以下であるときは磁気抵抗比がさらに増加するため、より好ましいことがわかる。   As can be seen from these figures, the bias point dependency decreases as MRH increases and MRT decreases. This tendency becomes more prominent as the bias voltage increases, that is, the amount of spin injection increases. From these figures, it can be seen that when the bias point is 20% or more and 50% or less, the magnetoresistance ratio is further increased, which is more preferable.

なお、これらの素子について、一つのサイズの素子につき４０個の素子の磁気抵抗変化を測定して平均をとったところ、MRH=50nm, MRT=80nmの素子（MRH/MRT＝0.63）は1.7%，MRH=50nm, MRT=64nmの素子（MRH/MRT＝0.78）は1.6%，MRH=100nm, MRT=83nmの素子（MRH/MRT＝1.2）は2.8%，MRH=100nm, MRT=64nmの素子（MRH/MRT＝1.56）は2.4%であった。   Regarding these elements, when the magnetoresistance change of 40 elements per one size element was measured and averaged, MRH = 50 nm, MRT = 80 nm elements (MRH / MRT = 0.63) were 1.7% , MRH = 50nm, MRT = 64nm device (MRH / MRT = 0.78) 1.6%, MRH = 100nm, MRT = 83nm device (MRH / MRT = 1.2) 2.8%, MRH = 100nm, MRT = 64nm device (MRH / MRT = 1.56) was 2.4%.

素子サイズが小さくなるに従って磁気抵抗変化が小さくなるのは、磁性体の磁化の熱安定性を評価する指標として用いられるKuV/kBT（Kuは磁気異方性定数，Vは磁性体の体積，kBはボルツマン定数，Tは絶対温度）が、サイズ減少と共に小さくなり、熱安定性が悪くなるためである。しかしながら、本発明の要件を満足する図１２及び１３に関する素子については、素子サイズが小さくなっても、素子の磁気抵抗変化が２％以上の比較的大きな値を示すようになる。 The magnetoresistance change decreases as the element size decreases because KuV / k B T (Ku is the magnetic anisotropy constant and V is the volume of the magnetic material) is used as an index for evaluating the thermal stability of the magnetization of the magnetic material. , K B is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature) becomes smaller as the size decreases, and thermal stability becomes worse. However, for the elements in FIGS. 12 and 13 that satisfy the requirements of the present invention, the magnetoresistance change of the elements shows a relatively large value of 2% or more even when the element size is reduced.

一方、高密度記録のためには、媒体のトラック幅に対応する側のMRTは小さくせざるを得ない。MRTを小さくして大きな磁気抵抗変化を得るためには、MRHを大きくすることが良いことがわかる。すなわち、MRH/MRTの比を大きくすることにより、大きな磁気抵抗変化が得られる点でも本発明は非常に好ましいといえる。   On the other hand, for high-density recording, the MRT on the side corresponding to the track width of the medium must be reduced. It can be seen that it is better to increase MRH in order to obtain a large magnetoresistance change by reducing MRT. That is, it can be said that the present invention is very preferable in that a large magnetoresistance change can be obtained by increasing the MRH / MRT ratio.

また、図１４にMRH=８０nm, MRT=２００nm（MRH/MRT＝２．５）として作製した垂直通電型磁気抵抗効果素子の抵抗Ｒの磁場変化を、図１５と図１６にMRH=８０nm, MRT=２５０nmとして作製した（MRH/MRT＝３．１）垂直通電型磁気抵抗効果素子の抵抗Rの磁場変化を示した。なお、この場合においても、センス電流を磁化自由層側から磁化固着層側に通電させた。   FIG. 14 shows the change in magnetic field of the resistance R of the vertical conduction type magnetoresistive effect element manufactured with MRH = 80 nm and MRT = 200 nm (MRH / MRT = 2.5), and FIGS. 15 and 16 show MRH = 80 nm, MRT. This shows the change in the magnetic field of the resistance R of the perpendicular conduction type magnetoresistive effect element manufactured at = 250 nm (MRH / MRT = 3.1). In this case as well, the sense current was passed from the magnetization free layer side to the magnetization pinned layer side.

図１４から明らかなように、MRH/MRTが２．５以下の場合は、信号磁界Ｈに対する垂直通電型磁気抵抗効果素子の抵抗Rの変化が緩やかな曲線となり、信号磁界Hにほぼ比例した出力を得ることができる。一方、図１５及び１６から明らかなように、MRH/MRTが２．５を超えると、前記素子に対して縦バイアス磁界が効果的に作用しなくなってしまい、信号磁界Ｈに対する垂直通電型磁気抵抗効果素子の抵抗Rの変化が階段状を呈して急激なものとなる。したがって、信号磁界Hに比例した出力を得ることができなくなる。結果的に、MRH/MRTは２．５以下であることが好ましいことが分かる。   As can be seen from FIG. 14, when MRH / MRT is 2.5 or less, the change in resistance R of the vertical conduction type magnetoresistive effect element with respect to the signal magnetic field H becomes a gentle curve, and the output is almost proportional to the signal magnetic field H. Can be obtained. On the other hand, as is clear from FIGS. 15 and 16, when MRH / MRT exceeds 2.5, the longitudinal bias magnetic field does not effectively act on the element, and the vertical conduction type magnetoresistance with respect to the signal magnetic field H The change in the resistance R of the effect element is steep and steep. Therefore, an output proportional to the signal magnetic field H cannot be obtained. As a result, it is understood that MRH / MRT is preferably 2.5 or less.

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。   While the present invention has been described in detail based on the above specific examples, the present invention is not limited to the above specific examples, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の磁気抵抗効果素子の一例の断面図である。It is sectional drawing of an example of the magnetoresistive effect element of this invention. 本発明の磁気抵抗効果素子における磁化自由層の、縦バイアス磁界に略平行な方向の幅MRT及び縦バイアス磁界に略直角かつ前記信号磁界の方向に略平行な方向の幅MRHを概略的に示す図である。4 schematically shows a width MRT in a direction substantially parallel to a longitudinal bias magnetic field and a width MRH in a direction substantially perpendicular to the longitudinal bias magnetic field and substantially parallel to the direction of the signal magnetic field of the magnetization free layer in the magnetoresistive effect element of the present invention. FIG. 本発明の磁気抵抗効果素子の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the magnetoresistive effect element of this invention. 本発明の磁気抵抗効果素子のその他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the magnetoresistive effect element of this invention. 図１に示す磁気抵抗効果素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the magnetoresistive effect element shown in FIG. 同じく、図１に示す磁気抵抗効果素子の製造工程を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the manufacturing process of the magnetoresistive effect element shown in FIG. 本発明におけるバイアスポイントを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the bias point in this invention. 磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。It is a principal part perspective view which illustrates schematic structure of a magnetic recording / reproducing apparatus. 図８に示す磁気記録再生装置の、アクチュエータアームから先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた場合の拡大斜視図である。FIG. 9 is an enlarged perspective view of the magnetic recording / reproducing apparatus shown in FIG. 8 when the magnetic head assembly ahead of the actuator arm is viewed from the disk side. 磁気抵抗効果素子の一態様に対して、センス電流を磁化自由層側から磁化固着層側に通電させた場合の、磁気抵抗比のバイアスポイント依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the bias point dependence of magnetoresistive ratio at the time of energizing a sense electric current from the magnetization free layer side to the magnetization fixed layer side with respect to the one aspect | mode of a magnetoresistive effect element. 同じく、磁気抵抗効果素子の一態様に対して、センス電流を磁化自由層側から磁化固着層側に通電させた場合の、磁気抵抗比のバイアスポイント依存性を示すグラフである。Similarly, it is a graph showing the bias point dependence of the magnetoresistance ratio when a sense current is passed from the magnetization free layer side to the magnetization pinned layer side for one mode of the magnetoresistive effect element. 同じく、磁気抵抗効果素子の一態様に対して、センス電流を磁化自由層側から磁化固着層側に通電させた場合の、磁気抵抗比のバイアスポイント依存性を示すグラフである。Similarly, it is a graph showing the bias point dependence of the magnetoresistance ratio when a sense current is passed from the magnetization free layer side to the magnetization pinned layer side for one mode of the magnetoresistive effect element. 同じく、磁気抵抗効果素子の一態様に対して、センス電流を磁化自由層側から磁化固着層側に通電させた場合の、磁気抵抗比のバイアスポイント依存性を示すグラフである。Similarly, it is a graph showing the bias point dependence of the magnetoresistance ratio when a sense current is passed from the magnetization free layer side to the magnetization pinned layer side for one mode of the magnetoresistive effect element. 磁気抵抗効果素子の一態様に対して、センス電流を磁化自由層側から磁化固着層側に通電させた場合の、磁気抵抗の信号磁界依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the signal magnetic field dependence of magnetoresistance at the time of energizing a sense electric current from the magnetization free layer side to the magnetization fixed layer side with respect to the one aspect | mode of a magnetoresistive effect element. 同じく、磁気抵抗効果素子の一態様に対して、センス電流を磁化自由層側から磁化固着層側に通電させた場合の、磁気抵抗の信号磁界依存性を示すグラフである。Similarly, it is a graph which shows the signal magnetic field dependence of magnetoresistance at the time of energizing a sense electric current from the magnetization free layer side to the magnetization pinned layer side with respect to the one aspect | mode of a magnetoresistive effect element. 同じく、磁気抵抗効果素子の一態様に対して、センス電流を磁化自由層側から磁化固着層側に通電させた場合の、磁気抵抗の信号磁界依存性を示すグラフである。Similarly, it is a graph which shows the signal magnetic field dependence of magnetoresistance at the time of energizing a sense electric current from the magnetization free layer side to the magnetization pinned layer side with respect to the one aspect | mode of a magnetoresistive effect element.

符号の説明Explanation of symbols

150 磁気記録再生装置
152 スピンドル
153 ヘッドスライダ
154 サスペンション
155 アクチュエータアーム
156 ボイスコイルモータ
157 スピンドル
160 磁気ヘッドアッセンブリ
164 リード線
200 磁気記録媒体ディスク
1100 垂直通電型磁気抵抗効果素子
1110 下部シールド層
1120 磁区制御膜
1130 絶縁体
1140 上部シールド層
1150 絶縁層
1200 スピンバルブ膜
1310 下地層
1320 反強磁性層
1340 磁化自由層
1341 中間層
1342 磁化固着層
1343 磁気結合層
1344 強磁性層
1345 エクスチェンジバイアス層
1346 エクスチェンジバイアス層内上部電極
1347 分離層
1348 インスタックバイアス層
1350 保護層
1360 レジスト層 150 Magnetic recording / reproducing device
152 spindle
153 Head slider
154 suspension
155 Actuator arm
156 Voice coil motor
157 spindle
160 Magnetic head assembly
164 Lead wire
200 magnetic recording media disk
1100 Vertical conducting magnetoresistive element
1110 Lower shield layer
1120 Magnetic domain control film
1130 Insulator
1140 Upper shield layer
1150 Insulation layer
1200 Spin valve membrane
1310 Underlayer
1320 Antiferromagnetic layer
1340 Magnetization free layer
1341 Middle class
1342 Magnetized pinned layer
1343 Magnetic coupling layer
1344 Ferromagnetic layer
1345 Exchange bias layer
1346 Upper electrode in exchange bias layer
1347 Separation layer
1348 In-stack bias layer
1350 Protective layer
1360 resist layer

Claims (11)

磁化の方向が実質的に一方に固着された磁性体膜を有する磁化固着層、磁気記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する磁性体膜を有する磁化自由層、及び前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた金属的伝導を示す非磁性中間層を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略平行かつ磁化固着層の磁化に対して略垂直に、前記磁化自由層に縦バイアス磁界を加えるための縦バイアス機構部と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極とを具え、
前記磁化自由層の、縦バイアス磁界に略平行な方向の幅をMRT、縦バイアス磁界に略直角かつ前記信号磁界の方向に略平行な方向の幅をMRHとしたときに、
１．２≦MRH/MRT
なる関係式を満足し、
前記磁化固着層から前記磁化自由層の方向に電流を通電して用いるように構成したことを特徴とする、磁気抵抗効果素子。 Magnetization pinned layer having a magnetic film whose magnetization direction is substantially pinned to one side, magnetization free layer having a magnetic film whose magnetization direction changes in response to a signal magnetic field from the magnetic recording medium, and the magnetization free layer A magnetoresistive film having a nonmagnetic intermediate layer exhibiting metallic conduction provided between a layer and the magnetization pinned layer;
A longitudinal bias mechanism for applying a longitudinal bias magnetic field to the magnetization free layer substantially parallel to the film surface of the magnetoresistive film and substantially perpendicular to the magnetization of the magnetization pinned layer;
A pair of electrodes electrically connected to the magnetoresistive effect film to energize in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive effect film;
When the width of the magnetization free layer in the direction substantially parallel to the longitudinal bias magnetic field is MRT, and the width in the direction substantially perpendicular to the longitudinal bias magnetic field and substantially parallel to the direction of the signal magnetic field is MRH,
1.2 ≦ MRH / MRT
Satisfying the relational expression
A magnetoresistive effect element configured to be used by passing a current in a direction from the magnetization fixed layer to the magnetization free layer. 前記磁化自由層の、縦バイアス磁界に略平行な方向の幅MRT及び縦バイアス磁界に略直角かつ前記信号磁界の方向に略平行な方向の幅MRHが、
１．２≦MRH/MRT≦２．５
なる関係式を満足することを特徴とする、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。 The magnetization free layer has a width MRT in a direction substantially parallel to the longitudinal bias magnetic field and a width MRH in a direction substantially perpendicular to the longitudinal bias magnetic field and substantially parallel to the direction of the signal magnetic field,
1.2 ≦ MRH / MRT ≦ 2.5
The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the following relational expression is satisfied. 前記磁化固着層から前記磁化自由層の方へセンス電流を流すことを特徴とする、請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子。   The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein a sense current flows from the magnetization pinned layer to the magnetization free layer. バイアスポイントが20％以上80％以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子。   The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 3, wherein a bias point is 20% or more and 80% or less. 前記縦バイアス機構部は、少なくとも前記磁化固着層の端部に接触するようにして設けられた、硬磁性材料からなるバイアス層を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子。   5. The longitudinal bias mechanism portion includes a bias layer made of a hard magnetic material provided so as to be in contact with at least an end portion of the magnetization pinned layer. The magnetoresistive effect element as described. 前記縦バイアス機構部は、前記磁化固着層の上方において前記磁化固着層と磁気的に結合したバイアス層を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子。   5. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the longitudinal bias mechanism includes a bias layer that is magnetically coupled to the magnetization fixed layer above the magnetization fixed layer. 6. . 前記バイアス層は反強磁性材料からなり、前記磁化固着層に対して交換結合を介して磁気的に結合していることを特徴とする、請求項６に記載の磁気抵抗効果素子。   The magnetoresistive effect element according to claim 6, wherein the bias layer is made of an antiferromagnetic material and is magnetically coupled to the magnetization pinned layer via exchange coupling. 前記バイアス層は硬磁性材料からなり、前記磁化固着層に対して静磁界的に結合していることを特徴とする、請求項６に記載の磁気抵抗効果素子。   The magnetoresistive effect element according to claim 6, wherein the bias layer is made of a hard magnetic material and is coupled to the magnetization pinned layer in a static magnetic field. 請求項１〜８のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子を具えることを特徴とする、磁気ヘッド。   A magnetic head comprising the magnetoresistive element according to claim 1. 磁気記録媒体と、請求項９に記載の磁気ヘッドとを具えることを特徴とする、磁気記録再生装置。   A magnetic recording / reproducing apparatus comprising a magnetic recording medium and the magnetic head according to claim 9. 請求項１〜８のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子を具えることを特徴とする磁気メモリ。   A magnetic memory comprising the magnetoresistive element according to claim 1.
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